太赫茲微結(jié)構(gòu)功能器件

1 太赫茲技術及其功能器件概述001
1.1 太赫茲技術概述003
1.1.1 THz波的特性003
1.1.2 THz技術的應用005
1.1.3 THz源與探測技術的發(fā)展006
1.2 THz微結(jié)構(gòu)功能器件概述009
1.2.1 關鍵THz功能器件研究進展009
1.2.2 THz微結(jié)構(gòu)功能器件的主動調(diào)控018
參考文獻018
2 太赫茲人工微結(jié)構(gòu)與功能材料基礎021
2.1 常見THz材料的性質(zhì)023
2.1.1 材料在THz波段的介電模型023
2.1.2 常見金屬在THz波段的性質(zhì)024
2.1.3 常見介質(zhì)材料在THz波段的性質(zhì)025
2.2 THz微結(jié)構(gòu)功能器件的理論基礎026
2.2.1 THz光子器件的電磁理論基礎026
2.2.2 THz光子晶體028
2.2.3 THz表面等離子體031
2.2.4 THz亞波長介質(zhì)光柵035
2.2.5 THz超材料039
參考文獻043
3 太赫茲光子器件的仿真與實驗表征基礎045
3.1 數(shù)值仿真方法047
3.1.1 時域有限差分法047
3.1.2 有限元法050
3.1.3 平面波展開法050
3.2 太赫茲時域光譜技術051
3.2.1 太赫茲時域光譜系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)052
3.2.2 太赫茲時域光譜測量原理053
3.2.3 太赫茲時域光譜系統(tǒng)的衍生系統(tǒng)055
參考文獻060
4 太赫茲調(diào)制器件061
4.1 THz相變光子晶體調(diào)制器063
4.1.1 VO2相變及其在THz波段的性質(zhì)063
4.1.2 THz相變光子晶體波導的結(jié)構(gòu)與能帶特性064
4.1.3 THz相變光子晶體波導的傳輸與調(diào)控特性066
4.1.4 THz光子晶體的加工069
4.1.5 光控THz相變光子晶體的實驗研究072
4.2 THz表面等離子體波導調(diào)制器076
4.2.1 金屬半導體表面等離子體波導調(diào)制器076
4.2.2 半導體InSb在THz波段的性質(zhì)077
4.2.3 器件的結(jié)構(gòu)和模式特征077
4.2.4 器件的調(diào)制特性079
4.3 電控雙肖特基柵陣THz調(diào)制器081
4.3.1 器件的結(jié)構(gòu)與加工082
4.3.2 器件的電子學特性083
4.3.3 器件的傳輸和調(diào)制實驗085
4.3.4 數(shù)值模擬與理論分析088
4.4 基于二硫化鉬納米晶的THz超靈敏調(diào)制器091
4.4.1 硅基二硫化鉬納米晶的制備和THz波段的光學特性093
4.4.2 超靈敏的光泵浦調(diào)制094
4.4.3 光泵浦調(diào)制的機理分析與理論擬合095
4.4.4 二硫化鉬納米晶的調(diào)制增強效應099
參考文獻100
5 太赫茲偏振控制器件103
5.1 梯度光柵THz人工高雙折射及其相移器件105
5.1.1 梯度光柵器件的結(jié)構(gòu)與雙折射實驗106
5.1.2 基于梯度光柵結(jié)構(gòu)的半波片實驗113
5.2 基于介質(zhì)金屬復合光柵的THz寬帶偏振轉(zhuǎn)換器件116
5.2.1 亞波長金屬線柵的偏光特性117
5.2.2 復合光柵的偏振轉(zhuǎn)換與單向傳輸特性118
5.3 介質(zhì)“H”超表面偏振模式變換器122
5.3.1 器件結(jié)構(gòu)123
5.3.2 介質(zhì)光柵的雙折射特性及“H”超材料的偏振依賴特性123
5.3.3 介質(zhì)“H”超表面的偏振模式變換特性125
5.4 基于碳納米管的THz偏振調(diào)控器件128
5.4.1 碳納米管簡介128
5.4.2 CNT薄膜的THz偏振特性實驗研究130
5.4.3 器件的結(jié)構(gòu)與工作原理132
5.4.4 器件的實驗測試132
5.5 基于碳納米管柔性基底的THz主動偏振調(diào)控器件139
5.5.1 樣品的制備流程139
5.5.2 實驗測試140
5.5.3 理論模型145
5.5.4 偏振成像實驗147
參考文獻148
6 太赫茲傳感器件151
6.1 THz光子晶體的導模諧振效應153
6.1.1 實驗結(jié)果與理論分析153
6.1.2 入射角度的影響157
6.2 基于THz光子晶體的微流體傳感158
6.2.1 微流體的定性檢測實驗158
6.2.2 微流體的定量傳感實驗159
6.3 微結(jié)構(gòu)PMMA波導管的THz波傳輸及傳感研究161
6.3.1 波導管微結(jié)構(gòu)制備與THz實驗系統(tǒng)162
6.3.2 微結(jié)構(gòu)波導管諧振特性的研究164
6.3.3 微結(jié)構(gòu)波導管偏振特性的分析166
6.3.4 微結(jié)構(gòu)波導管微量液體傳感實驗167
6.4 THz超材料薄膜傳感器的研究170
6.4.1 THz超材料薄膜傳感器的加工制備與理論分析170
6.4.2 器件傳輸性能的測試和分析172
6.4.3 PVA材料在THz波段的性質(zhì)174
6.4.4 器件的傳感性能及分析174
6.5 機械可調(diào)諧太赫茲超材料及其應變傳感178
6.5.1 柔軟基底材料在超材料上的應用178
6.5.2 單軸機械可調(diào)諧太赫茲超材料179
6.5.3 樣品的加工與實驗結(jié)果183
6.5.4 雙軸機械可調(diào)諧太赫茲超材料188
參考文獻191
7 太赫茲磁光器件193
7.1 THz磁光材料與磁光效應概述197
7.1.1 鐵氧體材料在THz波段的旋磁性質(zhì)197
7.1.2 外磁場下半導體在THz波段的旋電性質(zhì)199
7.1.3 太赫茲波的橫向磁光效應201
7.1.4 太赫茲波的縱向磁光效應202
7.2 磁硅光子晶體微腔THz環(huán)形器206
7.2.1 磁硅光子晶體微腔的結(jié)構(gòu)設計206
7.2.2 磁硅光子晶體微腔的模式分析208
7.2.3 THz磁硅光子晶體環(huán)形器的非互易傳輸與調(diào)控210
7.3 磁控THz磁流體光子晶體及其傳感應用212
7.3.1 磁流體的光學特性212
7.3.2 磁流體的磁光特性215
7.3.3 磁流體填充THz光子晶體的實驗與分析219
7.4 金屬磁光表面等離子體THz隔離器224
7.4.1 金屬磁光表面等離子體波導的色散和模式特征分析225
7.4.2 金屬磁光表面等離子體波導的非互易傳輸與調(diào)控227
7.4.3 金屬磁光表面等離子體透鏡的色散特性230
7.4.4 金屬磁光表面等離子體透鏡的非互易傳輸與調(diào)控233
7.5 THz磁光超表面隔離器237
7.5.1 器件的非互易傳輸特性與產(chǎn)生機制238
7.5.2 器件的可調(diào)節(jié)性240
7.5.3 柱型磁光超表面結(jié)構(gòu)的太赫茲隔離器及磁場傳感器242
7.5.4 外磁場強度傳感245
7.6 THz法拉第磁光偏振轉(zhuǎn)換器246
7.6.1 雙層磁等離子體的結(jié)構(gòu)與工作原理247
7.6.2 器件的傳輸特性248
7.6.3 器件的工作機理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化250
參考文獻253
8 太赫茲液晶可調(diào)控器件255
8.1 太赫茲波段液晶簡介257
8.1.1 液晶的分類與性質(zhì)257
8.1.2 THz波段液晶材料的研究現(xiàn)狀259
8.2 隨機分布液晶層在THz波段的光學特性261
8.2.1 實驗材料與測試系統(tǒng)262
8.2.2 實驗結(jié)果與分析263
8.2.3 液晶在THz波段的磁致雙折射263
8.2.4 可調(diào)控THz相位延遲器266
8.2.5 液晶BNHR的動態(tài)響應267
8.3 基于雙頻液晶的電控太赫茲波片269
8.3.1 樣品的制作和測試方法269
8.3.2 無外加電場時雙頻液晶的太赫茲光學性質(zhì)271
8.3.3 外加電場下雙頻液晶光學各向異性272
8.4 電控太赫茲EIT與EIA超材料器件的研究277
8.4.1 液晶超材料的制備277
8.4.2 液晶E7在THz波段的電場驅(qū)動特性278
8.4.3 液晶超材料在THz波段的EIT和EIA效應281
8.4.4 電場調(diào)控器件EIA效應的實驗結(jié)果及原理分析285
8.5 THz人工高雙折射及其相移器的研究287
8.5.1 柵格復合介質(zhì)超表面結(jié)構(gòu)的EIT效應和人工高雙折射效應287
8.5.2 基于柵格復合介質(zhì)超表面結(jié)構(gòu)的液晶相移器研究291
參考文獻294
9 太赫茲石墨烯主動調(diào)控器件297
9.1 石墨烯在THz波段的電磁性質(zhì)299
9.1.1 石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)與電導率299
9.1.2 石墨烯的制備301
9.2 基于石墨烯的THz定向發(fā)射器302
9.2.1 器件的結(jié)構(gòu)及THz波段石墨烯的電控性質(zhì)303
9.2.2 器件性能模擬與結(jié)果分析305
9.3 基于石墨烯等離子體陣列結(jié)構(gòu)的THz放大器308
9.3.1 器件的研究背景及其結(jié)構(gòu)308
9.3.2 石墨烯的負電導率性質(zhì)310
9.3.3 器件的物理機理311
9.3.4 器件的可調(diào)諧性及其優(yōu)化313
9.4 基于石墨烯和液晶的寬帶可調(diào)諧四分之一波片317
9.4.1 基于電控石墨烯光柵的窄帶QWP 318
9.4.2 基于電控液晶石墨烯光柵的寬帶可調(diào)諧QWP 322
參考文獻326
索引329